目錄
第1章 緒論 1
1.1 水下機器人的研究背景及意義 1
1.2 水下機器人的分類 1
1.3 水下機器人的國內外研究現(xiàn)狀 2
1.3.1 遙控水下機器人的研究現(xiàn)狀 2
1.3.2 自主水下機器人的研究現(xiàn)狀 5
1.3.3 水下滑翔機的研究現(xiàn)狀 11
1.3.4 水下仿生機器人的研究現(xiàn)狀 12
1.4 水下機器人研究的關鍵技術問題 13
1.5 水下機器人的應用領域 15
第2章 水下機器人的數(shù)學基礎 16
2.1 水下機器人的坐標系及坐標變換 16
2.1.1 水下機器人的坐標系 16
2.1.2 水下機器人的坐標變換 17
2.1.3 速度坐標變換 19
2.2 水下機器人的運動學 20
2.2.1 欠驅動AUV的運動學 20
2.2.2 水下機械手的運動學 20
2.2.3 UVMS的運動學 21
2.3 水下機器人的動力學 22
2.3.1 欠驅動AUV的動力學 22
2.3.2 水下機械手的動力學 25
2.3.3 UVMS的動力學 25
2.4 水下機器人的水動力學 27
2.4.1 慣性質量項 27
2.4.2 阻尼項 29
2.4.3 恢復力和力矩 29
2.4.4 驅動器模型 31
2.4.5 ROV臍帶纜模型 32
第3章 水下機器人的結構設計 35
3.1 水下機器人系統(tǒng)的主要組成 35
3.2 水下機器人系統(tǒng)的布局設計 36
3.2.1 水下機器人形體的選擇 37
3.2.2 推進器的數(shù)量和布置 40
3.2.3 機械手、電視和照明裝置的布置 42
3.2.4 耐壓結構的設計 42
3.3 水下機器人的密封技術 47
3.3.1 水下機器人的靜密封 48
3.3.2 水下機器人的動密封 49
3.4 水下機器人的材料選擇 52
3.5 水下機器人的防腐技術 55
3.6 浮力材料技術 59
第4章 水下機器人的通信技術 61
4.1 水下機器人的有線通信 61
4.1.1 有線通信原理 61
4.1.2 有線通信系統(tǒng) 62
4.2 水下機器人的衛(wèi)星通信 63
4.2.1 衛(wèi)星通信技術在水下機器人中的應用 63
4.2.2 北斗衛(wèi)星通信技術 64
4.3 水下機器人的水聲通信 64
4.3.1 水聲信道 66
4.3.2 水聲信道特性 66
4.3.3 水聲通信系統(tǒng) 68
4.4 水下機器人的其他形式無線通信 71
4.4.1 水下機器人的無線電通信 71
4.4.2 水下機器人的光學通信 72
4.4.3 水下電場通信 75
第5章 水下機器人的能源技術 76
5.1 無纜型水下機器人的能源系統(tǒng) 76
5.1.1 供電系統(tǒng)的主要方式 76
5.1.2 承壓電池技術 80
5.1.3 無線充電技術 81
5.2 有纜型水下機器人的能源系統(tǒng) 82
5.2.1 水面供電系統(tǒng) 82
5.2.2 水下供電系統(tǒng) 83
5.3 新型水下能源技術 85
第6章 水下機器人的推進技術 86
6.1 電力推進技術 86
6.1.1 直流電機推進 87
6.1.2 永磁同步電機推進 87
6.1.3 吊艙式電力推進器 88
6.2 液壓推進技術 88
6.2.1 液壓泵 89
6.2.2 液壓控制閥 90
6.2.3 液壓推進系統(tǒng) 90
6.3 新型動力推進技術 93
6.3.1 磁流體推進 93
6.3.2 噴水推進 93
6.3.3 超空泡推進 94
6.4 動力分配系統(tǒng) 95
第7章 水下機器人的感知系統(tǒng) 97
7.1 水下聲學感知技術 97
7.1.1 側掃聲吶感知技術 97
7.1.2 前視聲吶感知技術 98
7.1.3 多波束聲吶感知技術 99
7.1.4 淺剖聲吶感知技術 100
7.2 水下視覺感知技術 101
7.3 目標檢測識別技術 102
7.4 目標跟蹤技術 103
第8章 水下機器人的導航定位系統(tǒng) 109
8.1 水下組合導航系統(tǒng) 109
8.2 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的數(shù)字遞推算法 111
8.3 SINS/DVL組合導航 115
8.3.1 DVL的工作原理 115
8.3.2 SINS/DVL松組合 116
8.3.3 SINS/DVL/PS緊組合 119
8.4 SINS/USBL組合導航 121
8.4.1 USBL的工作原理 121
8.4.2 SINS/USBL組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)方程 124
8.4.3 SINS/USBL組合導航系統(tǒng)的量測方程 126
第9章 水下機器人的控制系統(tǒng) 129
9.1 無纜型水下機器人的控制系統(tǒng) 129
9.2 有纜型水下機器人的控制系統(tǒng) 136
第10章 水下機器人的作業(yè)技術 151
10.1 水下液壓機械手 151
10.1.1 水下液壓機械手的工作原理與特點 151
10.1.2 水下液壓機械手的驅動系統(tǒng) 152
10.1.3 水介質水下液壓機械手 156
10.2 水下電動機械手 156
10.2.1 水下電動機械手的工作原理與特點 156
10.2.2 水下電動機械手的驅動系統(tǒng) 157
10.2.3 水下電動機械手的傳動系統(tǒng) 160
10.3 特種作業(yè)工具 163
10.3.1 水下切割工具 163
10.3.2 水下液壓剪 167
10.3.3 水下清洗工具 167
10.4 水下作業(yè)工具的液壓動力源 168
10.4.1 水下電機 169
10.4.2 液壓泵 169
第11章 水下機器人的布放回收技術 174
11.1 無纜型水下機器人的布放回收技術 174
11.1.1 水面吊放裝置 174
11.1.2 水面水下回收平臺 177
11.2 有纜型水下機器人的布放回收技術 183
11.2.1 A 形架機構 183
11.2.2 擺動架 184
11.2.3 絞車 185
11.2.4 排纜器 186
11.2.5 伸縮架 187
11.2.6 回收中主動升沉補償控制 187
11.2.7 回收中被動升沉補償控制 189
第12章 典型的水下機器人系統(tǒng) 191
12.1 有纜型水下機器人系統(tǒng)技術 191
12.1.1 ROV系統(tǒng)介紹 191
12.1.2 ROV案例 193
12.2 無人自主水下機器人系統(tǒng)技術 201
12.2.1 AUV系統(tǒng)介紹 201
12.2.2 AUV案例 201
12.3 水下滑翔機 204
12.3.1 水下滑翔機系統(tǒng)介紹 204
12.3.2 水下滑翔機案例 205
12.4 水下仿生機器人 206
12.4.1 案例——仿生鯽魚 207
12.4.2 案例——仿生水母 209
12.4.3 案例——仿生鰻魚 211
參考文獻 213